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【国内外补偿收缩混凝土规范述评】

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lucien

            【国内外补偿收缩混凝土规范述评 】

      作者:史美东 文章来源:网络 更新时间:2099-9-9

[摘 要]本文简要介绍了美国ACI 223298 的报告《补偿收缩混凝土的使用准则》,对美国在补偿收缩混凝土的理论研究、设计、施工实践等方面的经验作了介绍,并对我国应用补偿收缩混凝土的现状作了总结,将我国规范与美国、日本等国的标准作了比较,指出了它们的异同及我国规范的不足之处。
[关键词]补偿收缩混凝土;外加剂;膨胀剂;膨胀率

1  国外补偿收缩混凝土应用现状

1. 1  美国ACI 223298 报告概要
1998 年,美国ACI 223 主席H . G . Russell 提出《补偿收缩混凝土的使用准则》报告,综合了理论研究、设计方面、施工实践的经验,提出规范性的使用方法,目的是减少混凝土楼层、路面和构筑物的干缩开裂。减少膨胀混凝土开裂的作用取决于早期的养护,混凝土的配合比应保证适当的膨胀以补偿随后的干缩。

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           【国内外补偿收缩混凝土规范述评 】

      作者:史美东 文章来源:网络 更新时间:2099-9-9

[摘 要]本文简要介绍了美国ACI 223298 的报告《补偿收缩混凝土的使用准则》,对美国在补偿收缩混凝土的理论研究、设计、施工实践等方面的经验作了介绍,并对我国应用补偿收缩混凝土的现状作了总结,将我国规范与美国、日本等国的标准作了比较,指出了它们的异同及我国规范的不足之处。
[关键词]补偿收缩混凝土;外加剂;膨胀剂;膨胀率

1  国外补偿收缩混凝土应用现状
1. 1  美国ACI 223298 报告概要
1998 年,美国ACI 223 主席H . G . Russell 提出《补偿收缩混凝土的使用准则》报告,综合了理论研究、设计方面、施工实践的经验,提出规范性的使用方法,目的是减少混凝土楼层、路面和构筑物的干缩开裂。减少膨胀混凝土开裂的作用取决于早期的养护,混凝土的配合比应保证适当的膨胀以补偿随后的干缩。
1. 2  混凝土材料
1) 水泥(K型)
要选用能满足混凝土膨胀和强度的水泥,要求CaSO4 和Al2O3 的比例在适当时间内利于钙矾石的生长。水泥过细会导致混凝土早期强度较高,影响混凝土膨胀的发展。当配筋率0115 %时,最低水泥用量为306 kgPm3 。
2) 骨料
用河卵石,一年后膨胀率为0103 %;用砂岩碎石,一年后膨胀率为0102 %。海砂(含氯) 会降低膨胀性,增加干缩。
3) 水
比普通混凝土多10 %~15 %。
4) 外加剂
各种外加剂对膨胀各有利弊,要注意其相互适应性,由试配决定哪些可用。如有些减水剂、缓凝剂不利于钙矾石反应;快凝剂(如CaCl2 ) 不能用,它会减少膨胀,增加收缩;粉煤灰、火山灰会影响强度和膨胀等。要特别注意对坍落度、限制膨胀率以及干缩的影响,要控制温度。

1. 3  结构设计
要求补偿收缩混凝土的膨胀与随后的收缩互相抵消,才不致产生裂缝。
1. 3. 1  约束
主要约束条件有以下几个方面:由配筋提供的弹性约束,将发展补偿收缩作用,但高配筋率的构件膨胀率小,而低配筋率的膨胀率大;相邻构件的约束(如底板对墙和柱对墙板的约束) ;地基对底板的摩阻约束。强约束条件补偿收缩较少。
1. 3. 2  最低配筋率和布筋
补偿收缩混凝土的最低配筋率为0.0015。如全补偿需膨胀率0.025 % ,配筋率为0.05 %的构件要求棱柱体试件的膨胀率为0.04 %;反之,膨胀率为0.05 % ,可以满足配筋率为0.75 %构件的补偿收缩。可能板的配筋率分区不同,可取其平均膨胀率。预计构件收缩量时,应考虑构件厚度和混凝土材料对收缩的影响。

1. 3. 3  钢筋混凝土板
结构设计时应预计早期荷载叠加膨胀应力后不应超过规范规定。可按以下计算:对构件膨胀率εc ,混凝土截面面积Ac ,钢筋面积As ,配筋率ρ,钢筋弹性模量Es ,则钢筋中的拉力和混凝土中的压力均为εc Es As ,混凝土中的压应力=εcEsAs/Ac =εcρEs ,构件伸长Δ = Lεc 。例:构件配筋率ρ=0.15 % ,εc = 0.10 % , Es = 200 GPa ,产生压应力013 MPa。对大部分工程,设计师应规定构件的最小膨胀率εc ≥0.03 %。

1. 3. 4  隔离接缝
墙、柱、机器基础、基础或外约束的其它结点常设接缝以适应垂直或水平的位移。如管路、油池的接缝能适应混凝土的初始膨胀。接缝垫料不能太硬,可用压缩应力0.17 MPa时,压缩应变能达到50 %的材料。

1. 3. 5  施工缝
采用补偿收缩混凝土时,在封闭结构内其温度变化小,可铺设1500m2板不设缝;在不封闭环境,温度变化大时可铺650~1100 m2不设缝,尽可能做成方形板。相邻板的差异收缩和新浇板水化热引起的膨胀,如不采取措施,可能发生裂缝。

1. 3. 6  收缩缝
在露天地面,可以30.5m设1个收缩缝,在有湿度的地面可以45.7~61.0 m设缝。除了高应力区外,补偿收缩混凝土可取代收缩缝。

1. 3. 7  膨胀缝
要保证适度膨胀,0.06 %膨胀率相当于温度变化38 ℃,在自由非约束边,应允许地基上的板发生膨胀应变。
1. 3. 8  后张结构混凝土
后张产生弹性缩短和附加徐变,加上收缩、徐变、温度冷缩使框架结构中的构件长度变短,由于这些变形,框架柱必须抵抗更高的力矩和剪力,特别是对连续基础上的第一层框架柱,框架缩短将柱向内拉。对地基上的后张板,补偿收缩混凝土初始阶段压缩应力大于张拉应力,在混凝土浇后5~10d 内,在外部作用适当约束时,可以达到0.01~0.10 MPa的压缩应力,混凝土的压缩应力消失很快,除非在混凝土收缩前施加后张应力。对补偿收缩混凝土可以消除地基板摩阻约束产生的张应力,由于早期混凝土存在约束,可以由混凝土膨胀抵消,因而不需后张混凝土,而普通混凝土则需要。
1. 4  混凝土浇筑、抹面与养护
通常,补偿收缩混凝土稍粘,不易离析,适于泵送。a) 当塑性混凝土浇筑于干土或硬化混凝土上,应将其浇湿,热天还应把模板、钢筋浇湿。b) 在干、热、多风天气,混凝土易失水产生塑性裂缝,可用一定功能的喷雾机喷水雾于混凝土表面防止水分散发,直到终凝。c

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2  我国补偿收缩混凝土应用现状

2. 1  总的情况
a) 我国是使用补偿收缩混凝土的大国,每年使用膨胀剂达40 万吨,国内膨胀剂产品很多,应用的工程也很多。
b) 国内补偿收缩混凝土的使用缺少详细的规范,使用不当易出现问题,从而使人产生误解,有些省、市甚至发文禁止某些膨胀剂的使用。
c) 有些施工单位缺乏应用补偿收缩混凝土的经验,出现少用膨胀剂;应用假货、次品;膨胀剂不符合要求等情况,导致工程出现问题。
d) 设计方面对混凝土要求不准确、不要求或由施工单位作主,而在美国的准则中,规定设计人员要参与必要的计算和决定。
e) 我国各地水泥种类、生产厂家繁多,应选择适合补偿收缩的水泥品种和外加剂类别。
f) 规范化设计、施工是可以把补偿收缩混凝土工程做好的。另外,加强研究工作也很需要,如对混凝土中各种材料的相容性,设计指标的准确性的研究就很有必要。
g) 对膨胀剂材料已有相应的规程。膨胀剂一般掺率为8 %~12 % ,但也有同样品牌(不同厂) 的膨胀剂有不同的膨胀率和掺率的情况,从而引起使用上的混乱。《混凝土外加剂应用技术规范》(GBJ 50119) 对补偿收缩混凝土的设计、施工作了若干规定。

2. 2  中国、日本、美国的膨胀混凝土标准的比较日本JISA 6202 :1997 标准规定,试件按表1 要求试验。从试验要求上比较,我国与其性能是相近的。我国与日本都用膨胀剂制作补偿收缩混凝土,我国明矾石膨胀水泥(AEC)也有使用,但较少,由于对水泥混凝土总碱量的限制(小于3kg/m3混凝土),AEC水泥用于碱骨料产地(如北方) 要加以特别注意。各国补偿收缩混凝土标准的试验比较见表2。
【国内外补偿收缩混凝土规范述评】_1

【国内外补偿收缩混凝土规范述评】_2

【国内外补偿收缩混凝土规范述评】_3

 从内容上看我国规范较简要(仅5000余字) ,美国标准较详细(40000 字以上) 。a) 我国规范对混凝土养护较注意,时间也较长(14d) ,但对混凝土的施工要求太简单。b) 美国标准对膨胀率的要求比中国高,见表3。c) 美国标准强调补偿收缩膨胀量应大于预期的收缩量,设计要规定混凝土的膨胀率> 0.03 %(ASTM C 878 标准) ,施工时应留样做膨胀试验,对膨胀混凝土的质量更有保证。除个别工程,这点我国做不到。d) 美国标准对构件约束很注意,如底板对墙的约束采取减少约束的措施,地下室墙的浇筑考虑墙的自由膨胀,同时考虑框架变形对柱的影响。我国则通过增加配筋率和布筋来解决。e) 美国标准要求按工地材料试配,选择适合膨胀性又符合强度等要求的水泥,特别对外加剂(减水剂、缓凝剂) 要选用合适的。f) 我国混凝土试件和砂浆试件的限制膨胀率之比ε2 (混凝土)/ε2 (砂浆) = 0.6~0.7 ,美国为ε2 (混凝土)/ε2 (砂浆)= 0.03/0.04 = 0.75。

3  结论
a) 认真按规范或标准去做,补偿收缩混凝土结构是可以做好的,有害裂缝是可以减少或避免的。
b) 各地的水泥以及外加剂应作认真的筛选,改善级配,以利于膨胀混凝土的补偿收缩作用。
c) 中国和美国均未规定应用纤维混凝土作为混凝土的抗裂方法,采用膨胀混凝土是相对经济的方法,有时可配合用后张预应力防止裂缝出现。
d) 国外规范中有些内容值得我们借鉴、参考。

参考文献
1  ACI Committee 223. Standard Practice for the Use of Shrinkage Compensating Concrete. 1998
2  中华人民共和国建设部. 混凝土外加剂应用技术规范,GBJ50119. 2002
3  游宝坤. 混凝土膨胀剂及其应用. 北京. 中国建材工业出版社,2002

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